Sprawdź się

Pokaż ćwiczenia:

RBQXgcOBqYkO31

Ćwiczenie 1

Oceń prawdziwość zdań.

Dioda LED emituje światło niezależnie od kierunku przyłożonego napięcia. {PRAWDA} \ {#FAŁSZ}
Barwa światła zależy od materiału, z którego wykonano diodę. {#PRAWDA} \ {FAŁSZ}

R1GkfGOMcpXgK1

Ćwiczenie 2

Wybierz materiały, które są wykorzystywane do budowy diody LED:

{Ge} , {#GaN} , {#GaAlAs} , {Si} , {#SiC} , {NaCl}

Ćwiczenie 3

Stała Plancka wynosi 4,14 $\cdot 10^{- 15}$ eV $\cdot$ s (eV - jednostka energii stosowana w fizyce atomu, 1eV = 1,6 $\cdot 10^{- 19}$ J). Arsenek galu (GaAs) jest często stosowany do budowy diod elektroluminescencyjnych. Przerwa wzbroniona w GaAs wynosi 1,44 eV. Czy diody wykonane z GaAs mogą bezpośrednio (bez dodatkowego przetwarzania emitowanego promieniowania) emitować światło widzialne? Zakres częstotliwości światła widzialnego: od około 3,8 $\cdot 10^{14}$ Hz do około 7,9 $\cdot 10^{14}$ Hz.

Energia, jaką elektrony emitują, przechodząc z zakresu pasma przewodnictwa do zakresu pasma walencyjnego w GaAs jest w przybliżeniu równa wielkości przerwy wzbronionej. Częstotliwość wyemitowanego fotonu obliczymy korzystając ze wzoru Plancka

$f = \frac{E_{g}}{h} = \frac{1, 44 e V}{4, 14 \cdot 10^{- 15} eV \cdot s} = 3, 48 \cdot 10^{14} H z$

Jest to czyli poniżej zakresu częstotliwości światła widzialnego.

Dioda z GaAs nie może więc bezpośrednio emitować światła widzialnego. Diody wykonane z arsenku galu są źródłami podczerwieni –promieniowania elektromagnetycznego o częstotliwości mniejszej, niż światło widzialne.

Ćwiczenie 4

Rw92OttdebuDb

Foton jest porcją energii światła o wartości zależnej od częstotliwości. Częstotliwość promieniowania elektromagnetycznego z długością fali promieniowania elektromagnetycznego λ wiąże wzór: $λ = \frac{c}{f}$ , gdzie c=3·10⁸m/s to prędkość światła w próżni, a f to częstotliwość promieniowania elektromagnetycznego. W jakim zakresie powinna się mieścić energia przerwy wzbronionej w półprzewodnikach, aby mogły emitować światło w wyniku przejścia elektronów z zakresu energii pasma przewodzenia do zakresu energii pasma walencyjnego? Zakres długości fali światła: 380-780 nm. Wyniki podaj z dokładnością do trzech cyfr znaczących.

Przerwa wzbroniona powinna mieścić się w zakresie od ............ do ............ eV

We wzorze Plancka zamień częstotliwość na długość fali korzystając ze wzoru $λ = \frac{c}{f}$ .

Energia fotonu, zgodnie ze wzorem Plancka $E_{f} = h f = h \frac{c}{λ}$ . Na podstawie tego wzoru obliczamy zakres energii fotonów światła widzialnego:

minimalna $E_{m i n} = \frac{4, 14 \cdot 10^{- 15} eV \cdot s \cdot 3 \cdot 10^{8} \frac{m}{s}}{780 nm} = 1, 59 eV$ ;

maksymalna $E_{m i n} = \frac{4, 14 \cdot 10^{- 15} eV \cdot s \cdot 3 \cdot 10^{8} \frac{m}{s}}{380 nm} = 3, 27 eV$ .

Przerwa wzbroniona powinna mieścić się w takim samym zakresie (od 1,59 eV do 3,27 eV).

Ćwiczenie 5

Lp.	Materiał	Typowa emitowana długości fal światła [nm]	Barwa emitowanego światła
1	InGaP	620	pomarańczowa
2	GaAlAs	655	czerwona
3	InGaAlP	574	zielona
4	GaN	470	niebieska
5	GaP	555	zielona

Rwl5Tiq9rI3TA

Tabela przedstawia przykładowe materiały stosowane na diody LED i typowe dla tych materiałów: długość fali emitowanego światła oraz odpowiadające im barwy. Uszereguj materiały od największej do najmniejszej przerwy wzbronionej.

GaAlAs
GaP
InGaP
InGaAlP
GaN

Ćwiczenie 6

R12qB7I1TMSTR

Czy dioda krzemowa może emitować światło? Przerwa wzbroniona E_g w krzemie wynosi około 1,12 eV?

{TAK} \ {#NIE}

Obliczamy częstotliwość fotonu, który może być emitowany dzięki zmianie energii elektronu o 1,12 eV:

$f = \frac{E_{g}}{h} = \frac{1}{4, 14 \cdot 10^{- 15}} = 0, 24 \cdot 10^{15} H z$ - taka częstotliwość odpowiada zakresowi promieniowania podczerwonego.

Dioda krzemowa nie może emitować światła, tym bardziej, że w krzemie elektrony część energii przejścia przekazują sieci krystalicznej.

Ćwiczenie 7

RHrPcd5JDnzCu

Stała Plancka wynosi 4,14·10^-15 eV·s (eV - jednostka energii stosowana w fizyce atomu, 1eV =1,6·10^-19 J). Jaka musi być zmiana energii elektronu w wyniku rekombinacji z dziurą, aby wyemitował światło zielone o częstotliwości f = 0,6·10¹⁵ Hz? Wynik podaj z dokładnością do trzech cyfr znaczących.

Elektron powinien zmienić energię o ............ eV

Skorzystaj ze wzoru $E_f=hf$ .

Korzystamy ze wzoru $E_f=hf$ .

Stąd $E_f = 4,14\cdot 10^{-15}\cdot 0,6\cdot 10^{15} \text{ eV}= 2,48 \text{ eV}.$

Ćwiczenie 8

R1F6B6Pfe0nm9

Dla jakiej długości fali światła konieczna jest większa zmiana energii elektronu przy rekombinacji, w diodzie emitującej światło czerwone o długości fali 650nm, czy w diodzie emitującej światło niebieskie o długości fali 460nm?

{dioda czerwona o długości fali 650nm} \ {#dioda niebieska o długości fali 460nm}

Większa długość fali to mniejsza częstotliwość ( $λ = \frac{c}{f}$ , c - prędkość światła), mniejsza częstotliwość to mniejsza energia fotonu. Zatem dla krótszej fali, niebieskiej, konieczna jest większa zmiana energii elektronu.

Animacja

Dla nauczyciela